ایستگاه اندازه گیری و تقلیل فشار گاز

در برخی موارد مانند خطوط انتقال گاز و استفاده در صنعت نفت، نیاز به ایستگاه‌هایی وجود دارد که فشار گاز را افزایش داده و برای مقاصد خاصی طراحی می‌شوند. این ایستگاه‌ها دارای تجهیزات مختلفی هستند که برای افزایش فشار گاز به سطح مورد نظر استفاده می‌شوند.

بعد از استخراج گاز از چاه‌ها و جداسازی آلودگی‌ها و ذرات معلق، گاز از طریق خطوط انتقال به مناطق مختلف منتقل می‌شود. برای این کار از ایستگاه‌های تقویت و تقلیل فشار گاز استفاده می‌شود.

ایستگاه‌های تقویت فشار مسئول افزایش فشار گاز در خطوط انتقالی هستند، زیرا فشار گاز در طول مسافت‌های طولانی از خطوط کاهش می‌یابد.

این ایستگاه‌ها از سیستم‌های فیلتراسیون در ورودی خود استفاده می‌کنند و گاز پس از تصفیه به سمت کمپرسورها هدایت می‌شود. کمپرسورها وظیفه افزایش دوباره فشار گاز را بر عهده دارند.

مصرف‌کنندگان گاز به دو دسته شهری و صنعتی تقسیم می‌شوند. مصرف‌کنندگان صنعتی نیاز به گاز با فشارهای مختلف دارند، در حالی که مصرف‌کنندگان شهری عمدتاً از گاز با فشار ثابت و معمولاً 60psig در خطوط شهری استفاده می‌کنند.

برای تأمین این نیازها، از ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز استفاده می‌شود که قبل از رسیدن گاز به مصرف‌کنندگان، فشار گاز را کاهش می‌دهند به نحوی که برای مصرف مناسب باشد.

در ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز از تجهیزات مختلفی استفاده می‌شود. در ورودی این ایستگاه‌ها، برای پاکسازی و هدایت گاز با کمترین ناخالصی، از سیستم‌های فیلتراسیون استفاده می‌شود که شامل اسکرابر، فیلتر سپراتور، و فیلتر گاز خشک می‌شود.

پس از اینکه گاز از این سیستم‌های فیلتراسیون عبور می‌کند، وارد گرمکن‌های غیر مستقیم می‌شود و دمای آن افزایش می‌یابد. سپس گاز به قسمت تقلیل فشار ایستگاه هدایت می‌شود و فشار آن بر اساس نیاز مصرف‌کننده کاهش می‌یابد.

برای انتقال گازی که از میادین گازی استخراج می‌شود به محل مصرف، نیاز است که فشار گاز را افزایش دهیم تا بتوانیم این سیال را به سرعت و با اطمینان منتقل کنیم. پس از انتقال گاز، قبل از تحویل به مصرف‌کنندگان، باید فشار گاز را بر اساس نیازهای مختلف مصرف‌کنندگان تنظیم کنیم، زیرا مصرف‌کنندگان ممکن است برای مصرف در فشارهای مختلف نیاز داشته باشند.

ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز مسئول تنظیم میزان فشار و مصرف گاز برای مصرف بهینه مصرف‌کنندگان هستند.

ایستگاه تقویت فشار گاز چیست؟

قبلاً وقتی نفت استخراج می‌شد، بخش‌هایی که نفت به راحتی استخراج نمی‌شد، بی‌استفاده می‌ماند و از بین می‌رفتند. اما مهندسان با تکنولوژی جدید تصمیم گرفتند از این نفت باقی‌مانده نیز استفاده کنند.

برای این کار، آنها گاز را به خطوط استخراج نفتی تزریق کردند. این عمل باعث شد که میزان نفت استخراجی به طور چشمگیری افزایش یابد. این گازهای تزریق شده نقش مهمی در افزایش تولید نفت داشتند.

برای اعمال فشار به گاز در خطوط لوله، از ایستگاه‌های کمپرسور استفاده می‌شود. این ایستگاه‌ها برای فشرده‌سازی و افزایش فشار گاز به کار می‌روند.

امروزه، مهندسان برای افزایش ذخایر نفتی و تعداد بشکه‌های استخراجی، به سیستم‌های تقویت گاز روی آورده‌اند. ایستگاه تقویت فشار گاز به جایی گفته می‌شود که گاز برای آمادگی و تزریق باید از آنجا عبور کند.

برای فشرده‌سازی گاز، کمپرسورها به طور دوره‌ای در ایستگاه تقویت فشار گاز استفاده می‌شوند. انتخاب مناسب کمپرسور برای اعمال فشار به گاز، بستگی به قطر لوله‌های گاز و حجم گازی دارد که از آنها عبور می‌کند.

میزان فشاری که مهندسان آن را مناسب می‌دانند، از طریق عبور گاز از خطوط لوله به گاز وارد می‌شود.

هدف ایستگاه تقلیل فشار

ایستگاه های تقلیل فشار گاز جزء بخش‌های سیستم گازرسانی هستند که برای اهداف زیر طراحی و نصب می‌شوند:

گاز پس از ورود به ایستگاه ابتدا از ناخالصی‌ها با استفاده از فیلترهایی پالایش و تصفیه می‌شود. سپس فشار گاز با استفاده از رگولاتور به میزانی کاهش می‌یابد که با نیاز مصرف‌کننده همخوانی داشته باشد.

در ادامه، جریان گاز اندازه‌گیری و در صورت لزوم، با ترکیباتی مانند مرکاپتان بودار کننده می‌شود.

طراحی ایستگاه تقلیل فشار

پارامتر های طراحی

عوامل زیر نقش اساسی در طراحی ایستگاه و استفاده از استانداردها در محاسبات و اندازه‌گیری قطعات آن دارند:

۱. پارامترهای طراحی: این شامل عواملی مانند ظرفیت مورد نیاز، فشار ورودی و خروجی گاز، نوع و حجم مواد ناخالصی، و نیازهای انتقال گاز به مکان‌های مختلف است.

۲. استانداردهای محاسباتی: استفاده از استانداردهایی برای محاسبه دقیق نیازهای گازی، انتخاب تجهیزات مناسب مانند فیلترها و رگولاتورها، و ایجاد برنامه‌های نگهداری و تعمیرات منظم است.

3.فشار و دمای عملیاتی گاز ورودی

4.فشار و دمای عملیاتی گاز خروجی

5.فشار طراحی و تست

6. حداکثر سرعت مجاز گاز درون لوله Vmax

7.مقدار جریان حجمی گاز Flow

این عوامل در کل به طراحان و مهندسان کمک می‌کنند تا ایستگاه تقویت و تقلیل فشار گاز را به طور موثر و با کارایی بالا طراحی و اجرا کنند.

متداول ترین ایستگاه های تقلیل فشار گاز عبارتند از :

ایستگاه‌های CGS : در ورودی شهرها یا صنایع بزرگ مانند نیروگاه‌ها و پالایشگاه‌ها قرار دارند. در شهرها، این ایستگاه‌ها فشار گاز را از 1000psig به 250psig کاهش می‌دهند. در صنایع بزرگ، فشار خروجی ایستگاه‌ها بر اساس نیاز مصرف‌کننده‌ها تنظیم می‌شود.

ایستگاه‌های TBS : برای کاهش فشار گاز از 250psig به 60psig استفاده می‌شود. این ایستگاه‌ها به صورت منطقه‌ای فعالیت می‌کنند و گاز ورودی آن‌ها از ایستگاه‌های CGS تامین می‌شود.

ایستگاه CGS-TBS : به جای استفاده همزمان از یک ایستگاه CGS و یک ایستگاه TBS در برخی نواحی، استفاده می‌شود. در این ایستگاه‌ها، فشار گاز از 1000psig به 60psig به صورت مرحله‌ای کاهش می‌یابد، یعنی کاهش فشار به صورت مراحل گذاشته می‌شود تا به مقدار 60psig برسد.

ایستگاه کنترل فشار CPS : برای مدیریت فشار گاز در خطوط انتقالی یا صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. در برخی مناطق، نیاز به فشار گاز ثابت و بدون نوسان وجود دارد و برای این منظور از ایستگاه‌های کنترل فشار استفاده می‌شود.

این ایستگاه‌ها مانند ایستگاه‌های کاهش فشار عمل می‌کنند، با این تفاوت که فشار ورودی و خروجی آن‌ها به طور قابل توجهی تفاوت ندارد. رگولاتور موجود در ایستگاه وظیفه کنترل فشار ایستگاه را بر عهده دارد.

ایستگاه‌های اندازه‌گیری: برای اندازه‌گیری دبی گاز استفاده می‌شوند و در آن‌ها فشار گاز کاهش نمی‌یابد. در بخش اول این ایستگاه‌ها از فیلتر برای تصفیه گاز استفاده می‌شود و در بخش دوم از کنتورهای مختلف برای اندازه‌گیری دبی گاز استفاده می‌شود.

ایستگاه‌های کابینتی: ایستگاه‌هایی هستند که برای انتقال گاز از فشار بالا به فشار پایین استفاده می‌شوند.

این ایستگاه‌ها شامل ایستگاه‌های TBS و اندازه‌گیری هستند و ظرفیت آن‌ها معمولاً از 400 متر مکعب بر ساعت (SCMH) تا 10000 متر مکعب بر ساعت می‌باشد.

از این نوع ایستگاه‌ها زمانی استفاده می‌شود که فضای کافی برای نصب ایستگاه‌های بزرگ فلت موجود نباشد و ظرفیت مورد نیاز کمتر از 10000 متر مکعب بر ساعت باشد.

تجهیزات ایستگاه های تقلیل فشار گاز

تجهیزات استفاده شده در ساخت ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز عموما شامل این موارد است:

1. فیلترها: برای پالایش و حذف ذرات و ناخالصی‌ها از جریان گاز قبل از ورود به ایستگاه استفاده می‌شود.

فیلترها در ابتدای ایستگاه گاز نصب می‌شوند تا ناخالصی‌هایی مانند ذرات خوردگی خطوط فلزی، بخار آب و مواد شیمیایی سنگین موجود در گاز طبیعی را از جریان گاز جدا کنند و از آن پاک کنند.

2. رگولاتورها: برای کاهش فشار گاز به مقدار مورد نیاز مصرف‌کننده و تنظیم فشار خروجی.

3. دستگاه‌های اندازه‌گیری: برای اندازه‌گیری دقیق جریان گاز و مدیریت مصرف.

4. سیستم‌های حفاظتی: برای ایمنی و جلوگیری از وقوع حوادث مانند شیرهای ایمنی و وسایل کنترل فشار.

5. تجهیزات کنترل و ابزار دقیق: برای مانیتورینگ و کنترل عملکرد ایستگاه و تضمین کیفیت خروجی گاز.

6. گرمکن ها:در ایستگاه‌های تقلیل فشار گاز، با کاهش فشار، دمای گاز نیز کاهش می‌یابد.

اگر دمای گاز به نقطه شبنم (نقطه‌ای که مایع می‌شود) نزدیک شود، بخار مایعات موجود در گاز مانند آب و هیدروکربن‌های سنگین مثل اتان و پروپان به شکل مایع تبدیل شده و می‌تواند منجر به یخ‌زدگی در تاسیسات شود.

به دلیل اینکه دمای گاز در شرایط استاندارد باید حدود ۱۵ درجه سانتیگراد باشد، نصب گرم‌کن‌های گاز ضروری است. این گرم‌کن‌ها در ایستگاه‌های CGS بخاطر کاهش شدید فشار و به دنبال آن کاهش دمای گاز، نصب می‌شوند.

7. کنتور:کنتورها انواع مختلفی دارند که براساس مقدار مصرف و فشار گاز انتخاب می‌شوند. آن‌ها حجم گاز عبوری را بر حسب مترمکعب بر ساعت اندازه‌گیری می‌کنند.

این کنتورها برای اندازه‌گیری و ثبت مصرف گاز در انواع مصارف از جمله خانگی، صنعتی و تجاری استفاده می‌شوند.

• کنتور دیافراگمی

• کنتور توربینی

• کنتور اولتراسونیک

این تجهیزات با همکاری مهندسان و تکنسین‌ها به کار می‌روند تا ایستگاه تقلیل فشار گاز به طور موثر و با کیفیت اجرا شود و گاز با فشار مناسب به مصرف‌کننده‌ها تحویل داده شود.

شکل ظاهری ایستگاه های تقلیل فشار

ایستگاه‌ها از نظر ظاهری می‌توانند بسته به مکان نصب، شرایط آب و هوایی منطقه و نیاز مصرف‌کننده، به دو نوع زیر تقسیم شوند.

• ایستگاه تقلیل فشار گاز مسطح
• ایستگاه تقلیل فشار گاز کابینتی

ایستگاه‌های کابینتی کمترین فضا را اشغال می‌کنند نسبت به ایستگاه‌های مسطح.

سیستم مانیتورینگ ایستگاه های تقلیل فشار

سیستم مانیتورینگ در ایستگاه تقلیل فشار گاز شامل سه بخش اصلی است: مرکز مانیتورینگ، بستر ارتباطی، و برداشت و پردازش داده‌ها در ایستگاه. در این سیستم، پارامترهای زیر اندازه‌گیری می‌شوند:

1. فشار گاز خروجی: توسط یک دستگاه فشارسنج اندازه‌گیری می‌شود و اطلاعات آن به سیستم جمع‌آوری داده‌ها در ایستگاه ارسال می‌شود.

2. دمای گاز خروجی: توسط یک سنسور دما اندازه‌گیری می‌شود و اطلاعات آن نیز به سیستم جمع‌آوری داده‌ها در ایستگاه ارسال می‌شود.

3. اطلاعات مربوط به تصحیح کننده: در هر ایستگاه گاز، چند دستگاه تصحیح کننده برای قرائت حجم عبوری و استانداردسازی آن با فشار و دما تعبیه شده است.

در این سیستم، تمامی آلارم‌ها مانند کاهش دبی، دما، و فشار از محدوده‌های تعریف شده، در سیستم مانیتورینگ نظارت و مدیریت می‌شوند. ارتباطات این سیستم با استفاده از استاندارد OPC سازماندهی و مدیریت می‌شوند و از قابلیت‌های پیشرفته WinCC بهره می‌برد. بستر ارتباطی اصلی این سیستم Ethernet است و برای بستر پشتیبانی، GPRS و یا APN در نظر گرفته شده است.

عوامل مؤثر بر فشار گاز در خطوط انتقال

در ایستگاه‌های تقویت فشار گاز، عوامل مختلفی بر تعیین میزان گاز عبوری و فشرده‌سازی آن تأثیرگذار هستند. به همین دلیل، عملیات فشرده‌سازی باید بر اساس محاسبات دقیق و با در نظر گرفتن پارامترهای مؤثر انجام شود.

برخی عوامل مانند شرایط آب و هوایی به عنوان عوامل اصلی در محاسبات دخیل نمی‌شوند، اما مهندسان برای اعمال بهتر فشار به گاز باید این نکات را در نظر داشته باشند.

در این بخش، قصد داریم عواملی که بیشترین تأثیر را در ایجاد فشار بر گاز دارند را برای شما توضیح دهیم.

مسافت طی شده گاز

یکی از مهم‌ترین موارد برای فشرده‌سازی گاز در ایستگاه تقویت فشار، مسافتی است که گاز باید از ایستگاه تا مخازن نفت طی کند. وقتی که گاز به مسافت‌های بزرگی انتقال داده می‌شود، فشار آن کاهش می‌یابد به همین دلیل برای حفظ فشار مناسب، از پمپ‌ها استفاده می‌شود.

برای محاسبه فشار اعمال شده به گاز، مسافتی که گاز طی می‌کند بسیار مهم است. معمولاً برای خطوط لوله، مسافت استاندارد بین 40 تا 100 مایل (یا معادل 64 تا 161 کیلومتر) در نظر گرفته می‌شود، ولی بستگی به شرایط خاص و پیچیدگی تاسیسات دارد.

اصطکاک

یکی دیگر از عوامل مهم که همیشه در محاسبات مکانیکی ایستگاه تقویت فشار گاز باید در نظر گرفته شود، اصطکاک است. وقتی گاز درون لوله حرکت می‌کند، با دیواره لوله تماس می‌گیرد و این باعث ایجاد اصطکاک می‌شود.

این اصطکاک نقش مهمی در کاهش فشار گاز دارد، به این معنی که مقاومتی که گاز برای جریان در لوله دارد، باعث کاهش فشار می‌شود.

اصطکاک در واقع به دلیل مقاومتی است که گاز در برابر جریان داخل لوله دارد. این کاهش فشار اصطکاک بیشتر در نقطه شروع جریان گاز در لوله رخ می‌دهد.

بنابراین، مهندسان تصمیم می‌گیرند با اعمال نیرو و فشرده‌سازی بر روی گاز، میزان افت فشار در انتهای لوله را افزایش دهند تا اثرات اصطکاک کاهش یابد و فشار گاز به طور مطلوب حفظ شود.

ارتفاع جغرافیایی و طراحی لوله

زمانی که به انتقال گاز به مکان خاصی فکر می‌کنیم، موقعیت جغرافیایی آنجا بسیار اهمیت دارد. این به دلیل تأثیر طراحی و مکان‌گذاری خطوط لوله است که در انتقال گاز و عملیات فشرده‌سازی تأثیرگذار هستند.

برای مثال، اگر خط لوله بر روی تپه‌ها یا کوه‌ها نصب شود، احتمالاً فشار گاز بیشتری به وجود خواهد آمد نسبت به سطوح صاف.

همچنین، طراحی خطوط لوله و میزان پیچیدگی آنها نیز تأثیرگذار بر انتقال گاز و فشار وارده بر آن خواهند بود.

اجزای سازنده یک ایستگاه تقویت فشار گاز

برای انجام بهترین عملیات فشرده‌سازی در ایستگاه تقویت فشار گاز، این ایستگاه به تجهیزات خاصی نیاز دارد که با رعایت اصول مربوطه، عملکرد مناسبی داشته باشند.

لوله کشی

لوله‌کشی شامل نصب لوله‌ها و فیلترهای جداکننده است که برای حذف مواد جامد یا مایع موجود در گاز به کار می‌روند. این بخش از تجهیزات، یکی از اجزای حیاتی در سیستم تقویت فشار گاز است.

ایستگاه کمپرسور

واحدهای کمپرسور به عنوان یکی از بخش‌های اصلی در ایستگاه تقویت فشار گاز، برای اعمال فشار به گاز بسیار مؤثر هستند. این کمپرسورها به طور کامل عملیات فشرده‌سازی گاز را انجام می‌دهند.

در این ایستگاه‌ها، از سیستم‌های خاص برای روغن‌کاری کمپرسورها استفاده می‌شود تا از سایش ابزارهای داخلی کمپرسور جلوگیری شود.

برای کاهش صدای تولید شده توسط کمپرسورها، از صدا خفه کن استفاده می‌شود.

همچنین، تمام ابزارهای استفاده شده در ایستگاه تقویت فشار گاز باید به استانداردهای تعیین شده منطبق باشند.

سیستم خنک کننده ایستگاه تقویت فشار گاز

یکی از عوامل ضروری در ایستگاه تقویت فشار گاز، سیستم خنک کننده است. وقتی که ما فشرده‌سازی گاز طبیعی را انجام می‌دهیم، دما و فشار آن افزایش می‌یابد.

وقتی گاز برای استفاده دوباره به ایستگاه باز می‌گردد، باید دمای آن کاهش یابد. برای این کار از سیستم‌های خنک کننده استفاده می‌شود.

استفاده از این سیستم‌ها به حفاظت از سطح پوششی خطوط لوله کمک زیادی می‌کند.

جلوگیری از هدر رفت محصولات نفتی با ایستگاه تقویت فشار گاز

در سال‌های اخیر، به دلیل نیاز بشر به تولید محصولات نفتی، استخراج بهینه نفت بدون هدررفت زیاد اهمیت زیادی پیدا کرده است. به همین دلیل، مهندسان تصمیم گرفته‌اند که با استفاده از تزریق گاز به مخازن نفتی، از مواد اضافی و باقی‌مانده نیز به بهترین نحو استفاده کنند.

ایستگاه تقویت فشار گاز به طور اساسی مسئولیت تهیه گاز مناسب با حفظ فشار مناسب را بر عهده دارد.

استاندارد های بین المللی طراحی ایستگاه های تقلیل، کنترل و اندازه گیری فشار گاز:

ASME B3 ASME B31.8 Gas Transmission and Distribution Piping Systems
ASME B 16.5 Pipe Flanges and Flanged Fittings
ASME B 16.9 Factory-Made Wrought Steel Butt Welding Fittings
ASME B 16.11 Forged Steel Fittings, Socket-Welding and Treaded
ASME B16.20 Metallic Gaskets for Pipe Flanges
ASME B 16.34 Steel Valves, Flanges and Butt-Welding End
IGEM/TD/13 EDITION2 Pressure Regulating Installation for Network Pipeline system